固体光学晶体光学.ppt

《固体光学晶体光学.ppt》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在PPT专区-天天文库。

1、晶体光学（一）第一部分：晶体的宏观特征张量的基本知识主要内容晶体的主要特征晶体的宏观对称性点、线、面指数标量、矢量、张量介电晶体的电学性质一、晶体的主要特征自然界中各种元素和化合物存在的形式：固态、液态、气态、等离子体、玻色-爱因斯坦凝聚。固态物体又可以分为晶体和非晶体。晶体在宏观上的基本特性：自范性、均一性、对称性、异向性、稳定性。1、自范性（自限性）自范性是指晶体具有自发地形成封闭的几何多面体外形，并以此为其占有空间范围的性质。晶面、晶棱、顶角；自范性是晶体内部粒子规则排列的反映。KLTNCrystalGrowninHITKNTNCrystalGrowninHIT2、

2、均一性是指晶体在它的各个不同部分上表现出相同性质的特性，是晶体内部粒子规则排列的反应。3、异向性由于晶体内部粒子沿不同方向有不同的排列情况，从而导致在不同方向上表现出不同的宏观性质。4、对称性晶体的性质在某一方向上的有规律地周期的出现。5、稳定性二、晶体的宏观对称性晶体的对称性：宏观上的旋转对称性：点对称性微观上的平移对称性点对称操作的数学描述：以晶胞的晶轴为单位矢，表示为a,b,c，坐标系为OXYZ。主动算符：在对称算符R的作用下，使空间所有的点都相对固定的参考轴移动。被动算符：在对称算符作用下，使参考轴移动而保持空间所有点不动。空间一点，经对称操作变为一点，可以用下式表示：或表

3、示成点对称操作可以分成两类：第一类点对称操作：没有手性变化，轴上所有点都保持不动。第二类点对称操作：被作用的操作对象有手性变化，是像旋转，至少有一点是不动的。n重旋转对称轴：晶体绕某一对称轴旋转而复原的操作，成为n重旋转对称轴操作。n=1,2,3,4,6.像旋转操作：是旋转与反演相结合的操作。像转轴操作有独立的3个操作，i,m,点对称操作共有8中独立对称操作，晶体的任何操作都可以由这8种对称操作合成。晶体共有32种对称操作，分属7个晶系。三、点、线、面表示方法1、点表示方式：晶体中取一原点，取晶轴方向为坐标系单位矢，则晶体中某一点可以表示为：则点指数可以表示为：[x，y，z]，如有

4、负值，则写在数字顶上。2、线表示方式：晶列指数：晶体中的某一方向总可以用从原点处发的一个矢量代表，则矢量的方向可以用方向指数表示[uvw]3、晶面指数如果一个晶面在三个晶轴上的截距分别是：pa,qb,sc，则：[h,k,l]成为晶面指数。四、量、矢量、张量1、标量在物理学中一些物理量没有方向，只用一个数值即可描述，如温度、密度等，这类物理量称作标量。部分物理量在做第二类点操作时数值不变，而符号发生改变，这类物理量称作赝标量。2、矢量一些物理量是有方向的，如力、电场等，只有指出其大小和方向才能正确描述，这类物理量称为矢量。赝矢量：在做坐标变换时，与矢量相比多了一个符号。如磁场、磁感应

5、强度等轴矢量。3、张量对于均匀导体电流密度与电场强度满足线性关系：是电导率，标量。但对于晶体，由于各相异性，电流密度与电场不是线性关系：一些用二阶张量描述的物理量五、张量的数学定义描述物理量的矢量和张量应与坐标轴的选择无关．就是说，当坐标轴变换时，矢量和张量的所有分量都随之变换，但作为描述物理量的矢量和张量本身是不变的．因此，分量的变换必有一定的规律．这就是现在要讨论的1、坐标变换或写成可以给出电导率张量的变换关系：2、张量的运算此外还有张量的收缩运算和分解运算3、张量与对称性的关系（1）晶体对称操作的变换矩阵在直角坐标系中，每一个对称操作对应于将旧坐标系变换为新坐标系，所以它对

6、应于一个坐标变换，可以用9个新旧坐标系之间的方向余弦来表示，这就是对称操作的变换矩阵。（2）对称性对张量的限制对于晶体，由于对称性，导致对其物理性质的某些限制，沿晶体一定方向测定的某种物理性质，当晶体按其对称操作旋转、反映或反演到新的取向时，其物理性质应有相同的数值和符号，就是说，由晶体对称性联系起来的等价方向上，具有完全相同的物理性质。例如，具有二次轴的晶体，我们沿任一给定的方向测其热导率，而后将晶体绕其二次轴旋转180。再测其热导率，两次结果相同。第二部分：介电晶体的电学性质主要内容：1、晶体材料的分类、各种电致效应2、晶体的介电性质3、晶体的压电性和电致伸缩4、晶体的热释电效

7、应5、晶体的铁电性一、晶体材料的分类、各种电致效应1、晶体材料按电学性能分类：导电晶体、介电晶体、半导体、超导体等。2、介电晶体与导电晶体的区别：介电晶体以感应极化的方式，而导电晶体以传导方式传递电的作用。3、介电晶体各种效应：（1）压电效应（压电模量，三阶张量，非中心对称晶体）（2）电致伸缩效应（电致伸缩稀疏，四阶张量，所有晶体）（3）热释电效应（热释电稀疏，一阶张量，极性晶体，可以自发极化）（4）铁电晶体（自发极化能随外加电场改变的晶体）介电晶体（32）压电晶体（